12: Cinética

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La cinética química es el estudio de las tasas de los procesos químicos e incluye investigaciones sobre cómo diferentes condiciones experimentales pueden influir en la velocidad de una reacción química y producir información sobre el mecanismo de la reacción y los estados de transición, así como la construcción de modelos matemáticos que pueden describir las características de una reacción química.

12.0: Preludio a la cinética
El estudio de la cinética química se refiere a la velocidad a la que una reacción produce productos y los medios a escala molecular por los que se produce una reacción. En este capítulo, examinaremos los factores que influyen en las tasas de reacciones químicas, los mecanismos por los cuales proceden las reacciones y las técnicas cuantitativas utilizadas para determinar y describir la velocidad a la que ocurren las reacciones.
12.1: Tasas de reacción química
La velocidad de una reacción se puede expresar ya sea en términos de la disminución en la cantidad de un reactivo o el aumento en la cantidad de un producto por unidad de tiempo. Las relaciones entre diferentes expresiones de velocidad para una reacción dada se derivan directamente de los coeficientes estequiométricos de la ecuación que representa la reacción.
12.2: Factores que afectan las tasas de reacción
La velocidad de una reacción química se ve afectada por varios parámetros. Las reacciones que involucran dos fases avanzan más rápidamente cuando hay mayor contacto con la superficie. Si se aumenta la temperatura o la concentración del reactivo, la velocidad de una reacción dada generalmente también aumenta. Un catalizador puede aumentar la velocidad de una reacción proporcionando una vía alternativa que hace que la energía de activación de la reacción disminuya.
12.3: Leyes de tarifas
Las leyes de tarifas proporcionan una descripción matemática de cómo los cambios en la cantidad de una sustancia afectan la velocidad de una reacción química. Las leyes de velocidad se determinan experimentalmente y no pueden predecirse mediante estequiometría de reacción. El orden de reacción describe cuánto afecta un cambio en la cantidad de cada sustancia a la velocidad general, y el orden general de una reacción es la suma de los órdenes para cada sustancia presente en la reacción.
12.4: Leyes de tarifas integradas
Las leyes de tasas diferenciales pueden ser determinadas por el método de tasas iniciales u otros métodos. Medimos valores para las velocidades iniciales de una reacción a diferentes concentraciones de los reactivos. A partir de estas mediciones, se determina el orden de la reacción en cada reactivo. Las leyes de tarifas integradas están determinadas por la integración de las leyes de tasas diferenciales correspondientes. Las constantes de velocidad para esas leyes de velocidad se determinan a partir de mediciones de concentración en diversos momentos durante una reacción.
12.5: Teoría de colisiones
Las reacciones químicas requieren colisiones entre especies reaccionantes. Estas colisiones de reactivos deben ser de orientación adecuada y energía suficiente para dar como resultado la formación del producto. La teoría de colisiones proporciona una explicación simple pero efectiva del efecto de muchos parámetros experimentales sobre las velocidades de reacción. La ecuación de Arrhenius describe la relación entre la constante de velocidad de una reacción y su energía de activación, temperatura y dependencia de la orientación de colisión.
12.6: Mecanismos de reacción
La secuencia de etapas individuales, o reacciones elementales, mediante las cuales los reactivos se convierten en productos durante el transcurso de una reacción se denomina mecanismo de reacción. La velocidad general de una reacción está determinada por la velocidad de la etapa más lenta, llamada etapa de determinación de velocidad. Las reacciones elementales unimoleculares tienen leyes de tasa de primer orden, mientras que las reacciones elementales bimoleculares tienen leyes de segundo orden.
12.7: Catálisis
Los catalizadores afectan la velocidad de una reacción química al alterar su mecanismo para proporcionar una menor energía de activación. Los catalizadores pueden ser homogéneos (en la misma fase que los reactivos) o heterogéneos (una fase diferente a los reactivos).
12.E: Cinética (Ejercicios)
Estos son ejercicios de tarea para acompañar el Textmap creado para “Química” por OpenStax. Los bancos de preguntas complementarios de Química General se pueden encontrar para otros Textmaps y se puede acceder aquí. Además de estas preguntas disponibles públicamente, el acceso al banco privado de problemas para su uso en exámenes y tareas está disponible para los profesores solo de manera individual; comuníquese con Delmar Larsen para obtener una cuenta con permiso de acceso.

Miniaturas: Frecuencia de colisiones moleculares. (Dominio público; Sadi Carnot vía Wikipedia)